Владимир Карцев - Максвелл

Френель ввел в обиход физиков новый эфир. Это была странная субстанция.

Странная среда, неощутимая, неосязаемая, невесомая. Она проникает во все тела, занимает все пространство. Эфир тверд как сталь! Но не оказывает сопротивления движущимся в нем телам...

Неудивительно, что новую среду не жаловали. Знаменитый шотландец Давид Брюстер при каждом удобном случае поносил грубую идею заполнения всего пространства странным эфиром только для того, чтобы объяснить свет.

Брюстер поддерживал Ньютона, и уж заодно с ним — француза Малюса. Ему удалось, идя по стопам Малюса, одновременно с Араго открыть новый вид поляризации — хроматическую. И главное, открыть новый закон — закон Брюстера. Этот закон определял угол отражения, при котором должен был пропадать второй луч. Теперь можно было заранее рассчитать тот угол отражения, на который случайно наткнулся Малюс, наблюдая дворец через кристалл исландского шпата.

Используя закон Брюстера, Николь сделал и свои «николи» — турмалиновые призмы, склеенные наискосок с помощью канадского бальзама. Один луч проходил через прибор беспрепятственно, а другой отражался от внутренней прозрачной перегородки. Николь боготворил Брюстера, Ньютона, поляризацию, «николи». Казалось, что большой вклад, который в открытие и объяснение поляризации внесли французы, доставлял ему скрытые страдания.

— Да, французы многое сделали в области поляризованного света. Но какие французы? Лишь те, что шли за Ньютоном!

Дядюшка Роберт и Льюис одобрительно и понимающе кивали, а Джеймсу казалось, что наибольший вклад, самый великий шаг был сделан именно Френелем, бросившим Ньютону вызов. Джеймсу была ясна правильность идеи о поперечности световых волн — ибо она была единственной, которая могла непротиворечиво объяснить явление поляризации.

А Николь продолжал рассказывать о своих приборах. Он не мог говорить о поляризации равнодушно.

— Поляризованный луч, — страстно говорил Николь, — можно сравнить с путешественником, который, проникнув в неведомые страны, возвращается к нам с богатым запасом сведений, с набитым чемоданом, с заполненными дневниками. Он может рассказать о неведомой внутренней структуре тел и даже помог уже в обнаружении подделок — да, да — к примеру, при экспертизе сахара!

Эти слова Джеймсу запомнились. И когда в лаборатории Николя бушевали еще краски спектра, когда Николь демонстрировал с восторгом, как поляризованный луч «чувствует», когда образец нагревают или механически напрягают, мысли Джеймса были уже далеко. Он видел то, чего не увидели другие, — поляризованный луч можно было использовать для определения внутренних напряжений в нагруженных твердых телах.

Итак — проникнуть туда, куда нельзя было проникнуть раньше. Внутрь твердого тела, где «власть человека», как выразился Николь, «столь же велика, как власть сиамского короля в Англии».

И может быть, тут Джеймс позавидовал тому, что нет у него этих тяжелых полированных «николей», и придется воспользоваться ему несовершенными «турмалиновыми щипцами», дававшими окрашенный луч. Но это уже не могло остановить его.

Некоронованный король шотландской физики Брюстер утверждал, что быстро охлажденное, неотпущенное, с сохраненными внутренними напряжениями стекло и некоторые другие материалы должны давать эффект двойного лучепреломления за счет различия упругости в различных направлениях. Когда луч света падает на такой материал, он расщепляется на два луча, один из которых идет в направлении меньшей упругости, другой — в направлении большей.

А раз так, то изучение пути лучей можно использовать для определения упругости среды в разных направлениях, для обнаружения напряжений в прозрачных материалах типа желатина и неотпущенного стекла. Таким образом, исследование механических напряжений можно свести к оптическому исследованию. Два луча, разделившиеся в напряженном прозрачном материале, будут взаимодействовать, рождая характерные красочные картины.

Эти красочные картины помогут проверить формулы сопротивления материалов.

Для изготовления деталей сложной формы Джеймс решил использовать желатин из рыбьего клея. Он залил его в горячем состоянии в пространство между двумя концентрическими цилиндрами. Когда желатин остыл, Джеймс вынул его из формы и отполировал — получилась толстостенная твердая прозрачная труба, вполне пригодная для испытаний на кручение и для одновременных оптических исследований в поляризованном свете.

Закрепив этот цилиндр, Джеймс мог немного сдвигать в направлении вращения его внутреннюю поверхность. В стенках цилиндра возникали напряжения.

Величину их можно было рассчитать теоретически. Но и более того — напряжения можно было видеть! Для этого цилиндр нужно было рассматривать в поляризованном свете. (В самый разгар этих занятий Джеймс получил от дяди Роберта посылку, а в ней переложенный заботливо в мягкие ткани драгоценный подарок Николя — два «николя», сделанные им самим!)

В поляризованном свете сечение цилиндра представляло собой радужное кольцо, перекрещенное двумя темными полосами. Джеймсу удалось зарисовать эту картину акварелью и показать, что каждая линия ее имеет большой смысл и значение. Так же, как и расстояние между кольцами. И как закономерность смены цветов.

Джеймс показал, что цветные картины носят вполне закономерный характер и могут быть использованы для расчетов, для проверки выведенных ранее формул, для выведения новых. Оказалось, что некоторые формулы неверны, или неточны, или нуждаются в поправках.

И более того, Джеймсу удалось вскрыть закономерности в тех случаях, где раньше не удалось ничего сделать из-за математических трудностей.

Прозрачный и нагруженный треугольник из неотпущенного стекла дал Джеймсу возможность исследовать напряжения и в этом, не поддававшемся расчету случае.

«Радуга» теперь не скрашивала унылую простоту концентрических кругов. Линии одинакового цвета — изохромы — следовали причудливой игре внутренних перенапряжений и рождали красивые, но отнюдь не простые фигуры. Линии наиболее сильных напряжений — изоклины — давали возможность построить кривые направлений сжатия и растяжения. Получившаяся система траекторий напряжений позволяла вычислить главные напряжения.

Красивые цветовые картины приводили к прозаическим, но очень полезным формулам и цифрам. Гармония и в этот раз, как и тогда, когда Джеймс рисовал свои овалы, закономерно приходила к алгебре...

...Если предыдущий доклад — «Теория кривых качения» — сделал в Эдинбургском королевском обществе от имени Джеймса профессор Келланд, то этот, новый — «Равновесие упругих тел», прочесть за него было и неудобно, да и просто трудно!